CN101966855A - 一种无角度信号的电动助力转向回正补偿控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无角度信号的电动助力转向回正补偿控制装置，包括与输出轴连接的电机、与电机连接的控制器，所述控制器包括回正补偿控制模块、与回正补偿控制模块连接的驱动模块。能够提供回正补偿电流，改善回正性能。

Description

一种无角度信号的电动助力转向回正补偿控制装置

技术领域

本发明涉及一种无角度信号的电动助力转向回正补偿控制装置。

背景技术

电动助力转向随着节能，精细化控制等优点近年得到了广泛的应用，在通过对电机实施基本助力电流，对方向盘实施基本辅助力矩，以减轻方向盘操舵力时，一般需要同时实施在基本助力电流外的各种补偿，以得到较好的动态性能。其中一项很重要的补偿就是回正补偿。由于电动助力转向的原理性缺陷，一般其回正性能较液压助力转向要差一些，最大的影响是电机和减速机构的摩擦，以及电机转子的惯性。摩擦会削减甚至抵销轮胎的回正力矩，使方向盘回正变慢甚至卡滞。电机转子的惯性会迅速降低回正加速度，使回正速度变慢。

在没有角度信号时，由于无法知道车辆行驶方向角度信息，很难建立数学模型，得到角度信息。如专利CN03278810提到通过对电动机的转速积分得到方向盘转角，以减少方向盘转角测量元件，这个方案即使在纯理论上也是不成立的。至少有两个原因造成它的不成立：首先，众所周知的原因，在数学上，积分运算与微分运算不一样，它的运算值除了积分值以外，还包括历史状态值。同样的一个算子，某个时刻的状态不同，下一刻的积分就不同，不知道某一时刻的角度绝对值，根本就不可能通过积分得到下一时刻的角度值；其次，即使知道某一时刻的角度绝对值，也无法知道下一时刻的角度值，因为通过对电机的端子电压和电机电流，通过电磁感应的方式计算电机转速时，只能得到一个大约的估算，其误差非常之大，对这样的一个非常大的误差进行积分，积分后的非常夸张的角度误差积累导致这个积分而成的角度值在数学上已经不具备实际意义，纯粹只是一个文字上的概念而已。

另外一种技术方案，在现有的控制器中用得比较多。通过对电动机转速的估计，从而估计回正趋势状态，根据此回正趋势状态，通过模糊逻辑，施加一个回正补偿电流，以改善回正。此方法确实对加快回正有明显效果。但它也存在两个问题。首先是方向盘开始旋转，旋转和结束旋转这几种状态下，对应于电机旋转与不旋转两种状态，这两种状态之间是严重非线性或者说是台阶性质的，而在状态切换时，轮胎回正力矩并不是台阶性质的，而是平滑过渡的，这就导致在状态切换时方向盘忽轻忽重，严重恶化手感。虽然可以通过其它措施降低这种状态切换时的操舵力不连续感，但这些措施本身又有可能恶化回正性能，得不偿失。其次，通过这种回正补偿得到的电机补偿电流，由于它与实际的轮胎回正力矩之间非线性严重，在方向盘回正时，虽然它回正了，有可能是一种”假”回正。方向盘的操舵力，以及回正情况，表现在手感上能够给驾驶者提供一种信息反馈，表明轮胎和地面的附着力情况，如果强行通过电机将方向盘拉回某一个位置，和地面附着力情况完全不吻合，造成完全”假”的回正效果，回正电流加得太大或者匹配不好时，甚至有可能造成短时间的车辆轻微失控，虽然这种短时间的轻微失控不会带来很严重的后果，但它不是完全按照驾驶者的实际意图工作的，严重时会造成驾驶者一定程度的慌乱，或者评价降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种无角度信号的电动助力转向回正补偿控制装置，能够提供回正补偿电流，改善回正性能。

为解决上述现有的技术问题，本发明采用如下方案：一种无角度信号的电动助力转向回正补偿控制装置，包括与方向盘转向系统输出轴连接的电机、与电机连接的控制器，所述控制器包括回正补偿控制模块、与回正补偿控制模块连接的驱动模块。

作为优选，所述回正补偿控制模块包括回正力矩估计模块、与电机连接的电机旋转角速度估计模块、与电机旋转角速度估计模块连接的电机旋转角加速度估计模块，所述电机旋转角速度估计模块和电机旋转角加速度估计模块均与回正力矩估计模块相连。

作为优选，所述回正力矩估计模块上连接有方向盘扭矩传感器和车速传感器。方向盘扭矩传感器对施加在方向盘上的扭矩进行检测，车速传感器对车辆的速度进行检测，两者将检测出的信号传送给回正力矩估计模块。

有益效果：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种无角度信号的电动助力转向回正补偿控制装置，通过对轮胎回正力矩的估计，并综合方向盘扭矩，电机旋转角速度和角加速度以及车速，能够提供回正补偿电流，改善回正性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种无角度信号的电动助力转向回正补偿控制装置，包括与方向盘转向系统输出轴1连接的电机2、与电机2连接的控制器3，所述控制器3包括回正补偿控制模块31、与回正补偿控制模块31连接的驱动模块32。所述回正补偿控制模块31包括回正力矩估计模块311、与电机2连接的电机旋转角速度估计模块312、与电机旋转角速度估计模块312连接的电机旋转角加速度估计模块313，所述电机旋转角速度估计模块312和电机旋转角加速度估计模块313均与回正力矩估计模块311相连。所述回正力矩估计模块311上连接有方向盘扭矩传感器4和车速传感器5。

主要输入信号有扭矩信号，车速信号，电机端子电压，电机驱动电流。回正补偿控制模块31由整车的回正力矩估计模块311，电机旋转角速度估计模块312和电机旋转角加速度估计模块313组成，根据这三个模块的估计值，对回正补偿控制电流的大小和方向实施控制，并通过驱动模块32，在电机上实现驱动电流，从而实现对转向系统的回正补偿控制。

电机旋转角速度估计模块312，为通过对测量电机端子电压，电机驱动电流，以及对电机直流电阻和电磁感应系数的标定而得到，设电机端子电压V，电机驱动电流I，电机直流电阻R，电机角速度W，电磁感应系数K。则V＝R*I+K*W。其中，电机常温下的直流电阻R和电磁感应系数K通过实验测量和标定，并通过控制器测温电路按照漆包铜线的电阻温度曲线进行适当修正。电机端子电压V和驱动电流I通过控制器测量得到。将输出的电机角速度W通过一个带通滤波器，以滤除电机角速度估计模块产生的最主要的直流误差以及电机转速不可能达到的高转速区噪声。

电机的旋转角加速度估计模块313是通过对电机旋转角速度估计模块312得到的旋转角速度进行微分运算实现的，可以通过带通滤波器代替微分运算，以降低微分或者差分所造成的噪声，带通滤波器的低端截止频率设置在方向盘通常回正速度对应的电机角加速度附近，如零点几赫兹，为了增加微分增益，可以采用高阶带通滤波器，以增加低端截止频率处曲线上升斜率。

回正补偿电流是回正力矩估计模块311输出值和系统摩擦力矩设定值的线性组合，随着回正力矩估计模块311的输出值的增大而增大。回正补偿电流随着电机旋转角速度估计模块312的输出值的增大而减小。回正补偿电流随着方向盘扭矩的增大而减小。随着车速的上升，回正补偿电流减小。

根据方向盘扭矩传感器4测出的方向盘扭矩、系统转动惯量、电机旋转角加速度估计模块313输出值和系统摩擦设定值，对轮胎回正力矩进行估计。设方向盘扭矩为Tm，系统转动惯量折算到方向盘输入轴后为G，电机旋转角加速度根据减速比折算到方向盘输入轴后为W，轮胎回正力矩根据减速比折算到方向盘输入轴后为Tt。系统摩擦力和摩擦力矩折算到方向盘输入轴后的摩擦力矩为Tf。则根据动力学原理，G*W＝Tt-Tf-Tm。通过电机旋转角加速度估计模块输出值W，扭矩传感器信号值Tm，并通过实验测定系统转动惯量G，预先根据不同车型实际情况人为设定的系统摩擦力矩Tf，即可得到轮胎回正力矩Tt。得到的轮胎回正力矩Tt，经过带通滤波器进行滤波，以平滑摩擦以及电机旋转角加速度估计模块输出值的误差等非线性影响。

Claims (3)

1.一种无角度信号的电动助力转向回正补偿控制装置，包括与方向盘转向系统输出轴(1)连接的电机(2)、与电机(2)连接的控制器(3)，其特征在于：所述控制器(3)包括回正补偿控制模块(31)、与回正补偿控制模块(31)连接的驱动模块(32)。

2.根据权利要求1所述的一种无角度信号的电动助力转向回正补偿控制装置，其特征在于：所述回正补偿控制模块(31)包括回正力矩估计模块(311)、与电机(2)连接的电机旋转角速度估计模块(312)、与电机旋转角速度估计模块(312)连接的电机旋转角加速度估计模块(313)，所述电机旋转角速度估计模块(312)和电机旋转角加速度估计模块(313)均与回正力矩估计模块(311)相连。

3.根据权利要求2所述的一种无角度信号的电动助力转向回正补偿控制装置，其特征在于：所述回正力矩估计模块(311)上连接有方向盘扭矩传感器(4)和车速传感器(5)。

Images